两地三中心部署

    本文档简要介绍两地三中心部署的架构模型及配置。

    两地三中心架构，即生产数据中心、同城灾备中心、异地灾备中心的高可用容灾方案。在这种模式下，两个城市的三个数据中心互联互通，如果一个数据中心发生故障或灾难，其他数据中心可以正常运行并对关键业务或全部业务实现接管。相比同城多中心方案，两地三中心具有跨城级高可用能力，可以应对城市级自然灾害。

    TiDB 分布式数据库通过 Raft 算法原生支持两地三中心架构的建设，并保证数据库集群数据的一致性和高可用性。而且因同城数据中心网络延迟相对较小，可以把业务流量同时派发到同城两个数据中心，并通过控制 Region Leader 和 PD Leader 分布实现同城数据中心共同负载业务流量的设计。

    本文以北京和西安为例，阐述 TiDB 分布式数据库两地三中心架构的部署模型。

    本例中，北京有两个机房 IDC1 和 IDC2，异地西安一个机房 IDC3。北京同城两机房之间网络延迟低于 3 ms，北京与西安之间的网络使用 ISP 专线，延迟约 20 ms。

    下图为集群部署架构图，具体如下：

    • 集群采用两地三中心部署方式，分别为北京 IDC1，北京 IDC2，西安 IDC3；
    • 集群采用 5 副本模式，其中 IDC1 和 IDC2 分别放 2 个副本，IDC3 放 1 个副本；TiKV 按机柜打 Label，既每个机柜上有一份副本。
    • 副本间通过 Raft 协议保证数据的一致性和高可用，对用户完全透明。

    • 优点

      • Region Leader 都在同城低延迟机房，数据写入速度更优。
      • 两中心可同时对外提供服务，资源利用率更高。
      • 可保证任一数据中心失效后，服务可用并且不发生数据丢失。

    • 缺点

      • 因为数据一致性是基于 Raft 算法实现，当同城两个数据中心同时失效时，因为异地灾备中心只剩下一份副本，不满足 Raft 算法大多数副本存活的要求。最终将导致集群暂时不可用，需要从一副本恢复集群，只会丢失少部分还没同步的热数据。这种情况出现的概率是比较小的。
      • 由于使用到了网络专线，导致该架构下网络设施成本较高。
      • 两地三中心需设置 5 副本，数据冗余度增加，增加空间成本。

    北京、西安两地三中心配置详解：

    两地三中心配置详图

    • 如上图中 RAC1 机架所示，TiDB、PD 服务部署在同一台服务器上，还有两台 TiKV 服务器；每台 TiKV 服务器部署 2 个 TiKV 实例（tikv-server），RAC2、RAC4、RAC5、RAC6 类似。
    • 机架 RAC3 上安放 TiDB Server 及中控 + 监控服务器。部署 TiDB Server，用于日常管理维护、备份使用。中控 + 监控服务器上部署 Prometheus、Grafana 以及恢复工具；
    • 另可增加备份服务器，其上部署 Drainer，Drainer 以输出 file 文件的方式将 binlog 数据保存到指定位置，实现增量备份的目的。

    以下为一个 文件示例：

    在两地三中心部署方式下，对于 Labels 的设计需要充分考虑到系统的可用性和容灾能力，建议根据部署的物理结构来定义 DC、ZONE、RACK、HOST 四个等级。

    1. server_configs:
    2.   pd:
    3.     replication.location-labels:  ["dc","zone","rack","host"]

    tikv_servers 设置基于 TiKV 真实物理部署位置的 Label 信息，方便 PD 进行全局管理和调度。

    1. tikv_servers:
    2.   - host: 10.63.10.30
    3.     config:
    4.       server.labels: { dc: "1", zone: "1", rack: "1", host: "30" }
    5.   - host: 10.63.10.31
    6.     config:
    8.   - host: 10.63.10.32
    9.     config:
    10.       server.labels: { dc: "2", zone: "3", rack: "3", host: "32" }
    11.   - host: 10.63.10.33
    12.     config:
    13.   - host: 10.63.10.34
    14.     config:
    15.       server.labels: { dc: "3", zone: "5", rack: "5", host: "34" }

    在两地三中心的架构部署中，从性能优化的角度，除了常规参数配置外，还需要对集群中相关组件参数进行调整。

    • 启用 TiKV gRPC 消息压缩。由于涉及到集群中的数据在网络中传输，需要开启 gRPC 消息压缩，降低网络流量。

    • 调整 PD balance 缓冲区大小，提高 PD 容忍度，因为 PD 会根据节点情况计算出各个对象的 score 作为调度的依据，当两个 store 的 leader 或 Region 的得分差距小于指定倍数的 Region size 时，PD 会认为此时 balance 达到均衡状态。

    • 异地 DC3 TiKV 节点网络优化，单独修改异地 TiKV 此参数，拉长异地副本参与选举的时间，尽量避免异地 TiKV 中的副本参与 Raft 选举。

      1.   raftstore.raft-min-election-timeout-ticks: 1000
      2.   raftstore.raft-max-election-timeout-ticks: 1200

    • 调度设置。在集群启动后，通过 tiup ctl pd 工具进行调度策略修改。修改 TiKV Raft 副本数按照安装时规划好的副本数进行设置，在本例中为 5 副本。

    • 禁止向异地机房调度 Raft Leader，当 Raft Leader 在异地数据中心时，会造成不必要的本地数据中心与异地数据中心间的网络消耗，同时由于网络带宽和延迟的影响，也会对 TiDB 的集群性能产生影响。需要禁用异地中心的 Raft leader 的调度。

      1.   config set label-property reject-leader dc 3
      1.   member leader_priority PD-10 5
      2.   member leader_priority PD-11 5
      3.   member leader_priority PD-12 5
      4.   member leader_priority PD-13 5
      5.   member leader_priority PD-14 1